KR20150107152A - 전기 접점의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 접점의 제조방법에 관한 것으로, 상기 제조방법은 a) 은(Ag)과 제1 금속으로 제1 빌릿을 주조하는 단계; b) 상기 제1 빌릿을 압출하여 와이어를 성형하는 단계; c) 상기 와이어를 절단하여 칩을 성형하는 단계; d) 상기 칩을 산화시킨 후 산화된 칩으로 제2 빌릿을 주조하는 단계; e) 상기 제2 빌릿을 압출압연하여 합금판을 형성하는 단계; 및 f) 상기 합금판과 제2 금속으로 이루어진 판을 접합시키는 단계를 포함한다.

Description

전기 접점의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING THE ELECTRIC CONTACT}

본 발명은 은/은 합금계 전기 접점을 제조하는 방법에 관한 것이다.

전기 접점은 두 개의 금속표면을 접촉시켜 도전로를 만들기 위해 사용되는 것이다. 이러한 전기 접점은 주로 은(Ag), 카드뮴(Cd), 주석(Sn) 등으로 이루어진 상부층과 은(Ag)으로만 이루어진 하부층의 2층 구조로 이루어진다.

이와 같은 전기 접점은 용해공정 -> 주조공정 -> 압축공정 -> 압출공정 -> 절단공정 -> 후산화공정을 거쳐 제조되는데, 후산화를 통해 제조되는 전기 접점은 산화물의 균일성이 떨어져 제품의 신뢰도가 낮은 문제점이 있었다.

즉, 후산화공정으로 산화물을 형성할 경우 산화물이 전기 접점 내부에 균일하게 형성되는 것이 아닌 상부층과 하부층의 접합면에 밀집하여 형성되거나, 결정립을 따라 불균일하게 형성된다. 이와 같이 불균일하게 형성된 산화물은 전기 접점 내 크랙 발생의 원인이 되어 제조된 전기 접점의 신뢰도를 떨어뜨리게 된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 전기 접점 내 산화물이 균일하게 형성될 수 있도록 하는 전기 접점의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 전기 접점을 제공하는 것도 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 a) 은(Ag)과 제1 금속으로 제1 빌릿을 주조하는 단계; b) 상기 제1 빌릿을 압출하여 와이어를 성형하는 단계; c) 상기 와이어를 절단하여 칩을 성형하는 단계; d) 상기 칩을 산화시킨 후 산화된 칩으로 제2 빌릿을 주조하는 단계; e) 상기 제2 빌릿을 압출압연하여 합금판을 형성하는 단계; 및 f) 상기 합금판과 제2 금속으로 이루어진 판을 접합시키는 단계를 포함하는 전기 접점의 제조방법을 제공한다.

여기서 상기 칩은 산소 분위기 하에 650 내지 800℃에서 10 내지 72시간 동안 산화될 수 있다.

또한 상기 d) 단계는 d-1) 상기 제2 빌릿을 풀림처리(annealing)하는 단계; 및 d-2) 상기 풀림처리된 제2 빌릿을 냉간압축 또는 열간압축하는 단계를 더 포함할 수 있다.

한편 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 전기 접점을 제공한다.

본 발명은 성형된 칩을 미리 산화시켜 제2 빌릿을 주조한 후 이를 이용하여 전기 접점을 제조하기 때문에 산화물이 균일하게 분포된 전기 접점을 제조할 수 있다. 이와 같이 산화물이 균일하게 분포된 전기 접점은 내구성 및 신뢰도가 우수하기 때문에 다양한 분야의 접점 재료로 유용하게 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 전기 접점의 단면을 확인한 이미지이다.
도 2는 본 발명의 비교예 1에 따라 제조된 전기 접점의 단면을 확인한 이미지이다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은 전기 접점을 제조함에 있어, 후산화 방식이 아닌 전산화 방식을 적용하여 전기 접점 내 산화물이 균일하게 형성되도록 하는 것이다. 이러한 본 발명의 전기 접점의 제조방법에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

a) 제1 빌릿 주조

먼저, 은(Ag)과 제1 금속으로 제1 빌릿을 주조한다. 구체적으로, 은(Ag)과 제1 금속을 용해로에 투입하여 용해시킨 후 금형에 부어 제1 빌릿을 주조한다. 여기서 제1 금속은 특별히 한정되지 않으나, 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 인듐(In) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다. 이러한 제1 금속의 함유량은 제1 빌릿 100중량%를 기준으로 20중량% 이상인 것이 바람직하다.

b) 와이어 성형

주조된 제1 빌릿을 압출하여 와이어(wire)를 성형한다. 여기서 성형되는 와이어의 직경은 특별히 한정되지 않으나, 1 내지 3Φ것이 바람직하다. 또한 와이어를 성형하는 방법도 특별히 한정되지 않으나, 제1 빌릿과, 와이어 성형을 위한 금형을 각각 500 내지 600℃로 예열한 후 금형에 제1 빌릿을 주입하고 120 내지 170kgf/㎠의 압력을 가해 와이어를 성형할 수 있다.

c) 칩 성형

성형된 와이어를 절단하여 칩을 성형한다. 여기서 성형되는 칩의 길이는 특별히 한정되지 않으나, 1 내지 3㎜인 것이 바람직하다. 이와 같이 칩을 성형한 후 산화과정을 거쳐 후술되는 제2 빌릿을 주조할 경우 제1 금속 산화물이 균일하게 분포된 제2 빌릿을 주조할 수 있는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다.

d) 제2 빌릿 주조

성형된 칩을 산화시킨 후 산화된 칩으로 제2 빌릿을 주조한다. 상기 칩을 산화시키는 조건은 특별히 한정되지 않으나, 산소 분위기 하에 650 내지 800℃에서 10 내지 72시간 동안 산화시키는 것이 바람직하다. 여기서 성형된 칩을 산화시키면 칩 내 또는 칩 표면에 제1 금속이 산화되어 칩은 제1 금속 산화물을 포함하게 되는데, 이러한 제1 금속 산화물을 포함하는 칩으로 제2 빌릿을 주조함에 따라 주조되는 제2 빌릿에는 제1 금속 산화물이 균일하게 분포된다.

이와 같이 본 발명은 제1 금속 산화물이 균일하게 분포된 제2 빌릿를 이용함에 따라 최종 제조되는 전기 접점에 제1 금속 산화물이 균일하게 분포되어 내구성 및 신뢰도가 높은 전기 접점을 제공할 수 있다. 즉, 사이즈가 작은 칩을 산화시켜 제 1 금속 산화물을 미리 형성하고, 이를 이용함에 따라 제1 금속 산화물이 균일하게 분포된 전기 접점을 제조할 수 있는 것이다.

한편 제2 빌릿을 주조하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 산화된 칩을 원형의 금형에 투입한 후 160 내지 180kgf/cm²의 압력을 가해 주조될 수 있다. 여기서 주조된 제2 빌릿의 응력을 제거하고 밀도를 조절하기 위해 풀림처리(annealing)와, 냉간압축 또는 열간압축하는 단계를 더 거칠 수 있다.

상기 풀림처리하는 조건은 특별히 한정되지 않으나, 제2 빌릿을 대기열처리로에 투입한 후 400 내지 800℃에서 4 내지 8시간 동안 이루어질 수 있으며, 1회 이상 실시될 수 있다. 상기 냉간압축 또는 열간압축하는 조건도 특별히 한정되지 않으나, 냉간압축은 상온에서 150 내지 170kgf/cm²의 압력을 가해 이루어질 수 있으며, 열간압축은 600 내지 650℃에서 170 내지 190kgf/cm²의 압력을 가해 이루어질 수 있다. 또한 냉간압축 또는 열간압축을 선택적으로 하거나, 냉간압축 및 열간압축을 모두 할 수 있다.

e) 합금판 형성

주조된 제2 빌릿을 압출 및 압연하여 합금판(또는 합금띠(strip))을 형성한다. 상기 합금판을 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 제2 빌릿을 700 내지 850℃로 예열한 후 압출기 로더에 장착하여 150 내지 250kgf/cm²의 압력으로 압출하고, 브러쉬 또는 산처리로 표면을 세정한 후 원하는 두께로 압연하여 형성할 수 있다.

f) 접합

형성된 합금판과 제2 금속으로 이루어진 판을 접합시켜 본 발명의 전기 접점을 제조한다. 제2 금속으로 이루어진 판은 합금판과 용가재의 결합력을 높이기 위한 것으로, 은(Ag)으로 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 차단기, 개폐기, 릴레이, 스위치 등의 대재에 접착이 잘 되도록 전기 접점은 용가재를 더 포함할 수 있는데, 이러한 용가재와 합금판의 결합력을 높이기 위해 본 발명은 제2 금속으로 이루어진 판을 합금판과 접합시키며, 이때, 제2 금속으로 은(Ag)을 사용하는 것이다.

상기 합금판과 제2 금속으로 이루어진 판을 접합시키는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 플라즈마 처리로 접합시키는 것이 바람직하다.

구체적으로 합금판의 표면과 제2 금속으로 이루어진 판의 표면에 각각 플라즈마를 조사하여 표면 활성화처리한 후 합금판과 제2 금속으로 이루어진 판을 가열 및 압연하여 서로 접합시킬 수 있다.

여기서 합금판과 제2 금속으로 이루어진 판을 플라즈마 처리하는 조건은 특별히 한정되지 않으나, DC 플라즈마를 사용하고, 전력은 1.0 내지 1.5kw이며, 반응가스는 아르곤(Ar)과 수소(H₂)의 혼합가스를 적용할 수 있다. 또한 합금판과 제2 금속으로 이루어진 판을 가열 및 압연하는 조건도 특별히 한정되지 않으나, 100 내지 500℃로 가열한 후 압연 롤 속도 100 내지 200m/min에서 압연 하중 1.0 내지 3.0Ton를 적용할 수 있다.

이와 같이 플라즈마 처리로 합금판과 제2 금속으로 이루어진 판을 접합시킬 경우 합금판과 제2 금속으로 이루어진 판의 접합강도를 높일 수 있다.

한편 상기 제조된 본 발명의 전기 접점은 제2 금속으로 이루어진 판과 용가재 역할을 하는 판을 접합시키는 단계를 더 거칠 수 있다. 여기서 용가재 역할을 하는 판은 은(Ag) : 인(P) : 구리(Cu)가 14.5~15.5 : 4.8~5.3 : 79.2~80.7의 중량비율로 이루어진 것을 사용할 수 있다.

이상의 과정으로 제조된 본 발명의 전기 접점은 제1 금속 산화물이 균일하게 분포되어 있기 때문에 도전로로 적용할 경우 내구성 및 신뢰도가 우수하다. 구체적으로, 본 발명의 전기 접점은 은(Ag)과 제1 금속이 혼합된 합금층/은(Ag)으로 이루어진 제 1층(중간층)/은(Ag), 구리(Cu) 및 인(P)으로 이루어진 제 2층(용접층)으로 이루어질 수 있는데, 이 중 합금층에 제1 금속 산화물이 균일하게 분포되어 있기 때문에 내구성 및 신뢰도가 우수하다. 이러한 본 발명의 전기 접점이 사용되는 분야는 특별히 한정되지 않으나, 차단기, 개폐기, 릴레이, 스위치 등의 접점 재료로 사용될 수 있으며, 그 중에서도 개폐기에 유용하게 사용될 수 있다.

이하 본 발명을 실시예를 통해 구체적으로 설명하나, 하기 실시예는 본 발명의 한 형태를 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

은(Ag) 82.0wt%, 카드뮴(Cd) 16.8wt%, 주석(Sn) 1.0중량%, 니켈(Ni) 0.2중량%를 용해로에 투입하고 1200℃에서 용해한 후 금형에 투입하여 원형의 제1 빌릿을 주조하였다. 주조된 제1 빌릿을 면삭처리하여 표면을 세정한 후 160kgf/cm²의 압력으로 가압하고, 이를 신선하여 2φ 와이어를 성형하였다.

다음, 성형된 와이어를 2 내지 10㎜길이로 절단하여 칩을 성형한 후, 성형된 칩을 산소 분위기 하에 750℃에서 48시간 동안 산화시켜 칩 내에 산화물을 형성하였다(전산화). 이후 산화된 칩을 원형의 금형에 투입한 후 170kgf/cm²의 압력으로 가압하여 원형의 제2 빌렛을 주조하였다. 주조된 제2 빌렛을 대기열처리로에 투입하고, 600℃에서 8시간 동안 풀림처리를 하였다. 풀림처리 후 170kgf/cm²으로 냉간압축하고, 다시 풀림처리한 후 600℃에서 170kgf/cm²으로 열간압축하여 제2 빌렛의 밀도를 99% 이상으로 조절하였다.

밀도를 조절한 제2 빌렛을 800℃로 가열 후 190kgf/cm²으로 압출하고, 1.2㎜ 두께로 압연하여 합금판을 형성하였다. 이후 형성된 합금판과 0.15㎜ 두께의 은판을 진공 조건하에서 DC 플라즈마를 사용하여 접합하였다. 구체적으로 플라즈마 전력 1.3kw, 플라즈마 반응가스 Ar+H₂, 유량 550sccm을 적용하여 합금판과 은판의 표면을 플라즈마 처리한 후 300℃로 가열하고 압연 롤 속도 150m/min, 압연 하중 2.0Ton을 적용하여 합금판과 은판을 접합시켰다. 이후 은판에 은(Ag), 구리(Cu) 및 인(P)로 이루어진 판(용가재 역할)을 접합하여 전기 접점을 제조하였다.

[비교예 1]

성형된 칩으로 제2 빌릿을 주조한 후 합금판을 형성하고 형성된 합금판을 산소 분위기 하에 750℃에서 48시간 동안 산화시켜 합금판 내부에 산화물을 형성시키는 것(후산화)을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정으로 전기 접점을 제조하였다.

[실험예 1]

실시예 1과 비교예 1에서 제조된 전기 접점의 단면을 FE-SEM으로 확인하였으며, 그 결과를 각각 도 1 및 도 2에 나타내었다.

도 1을 참조하면 실시예 1에 의해 제조된 전기 접점의 내부에는 산화물이 수㎛ 수준으로 균일하게 형성된 것을 확인할 수 있다. 반면, 도 2를 참조하면 비교예 1에 의해 제조된 전기 접점의 내부에는 산화물이 균일하게 형성된 것이 아닌 방향성을 지닌 침상형으로 형성된 것을 확인할 수 있다. 이러한 침상형 산화물 분포는 제품의 결함이 발생하는 원인으로 작용하여 제품의 신뢰성을 떨어뜨리게 된다.

Claims (7)

1. a) 은(Ag)과 제1 금속으로 제1 빌릿을 주조하는 단계;
   b) 상기 제1 빌릿을 압출하여 와이어를 성형하는 단계;
   c) 상기 와이어를 절단하여 칩을 성형하는 단계;
   d) 상기 칩을 산화시킨 후 산화된 칩으로 제2 빌릿을 주조하는 단계;
   e) 상기 제2 빌릿을 압출압연하여 합금판을 형성하는 단계; 및
   f) 상기 합금판과 제2 금속으로 이루어진 판을 접합시키는 단계를 포함하는 전기 접점의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 칩이 산소 분위기 하에 650 내지 800℃에서 10 내지 72시간 동안 산화되는 전기 접점의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 합금판과 상기 제2 금속으로 이루어진 판이 플라즈마 처리로 접합되는 전기 접점의 제조방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 d) 단계는,
   d-1) 상기 제2 빌릿을 풀림처리하는 단계; 및
   d-2) 상기 풀림처리된 제2 빌릿을 냉간압축 또는 열간압축하는 단계를 더 포함하는 전기 접점의 제조방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 금속이 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 인듐(In) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 전기 접점의 제조방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제2 금속이 은(Ag)인 전기 접점의 제조방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 전기 접점.

Images